第7章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

1、1第第7章章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動螺紋聯(lián)接與螺旋傳動7.1螺紋的形成、分類和參數(shù)螺紋的形成、分類和參數(shù)7.2機(jī)械設(shè)備常用螺紋及螺紋的代號與標(biāo)記機(jī)械設(shè)備常用螺紋及螺紋的代號與標(biāo)記7.3螺紋聯(lián)接的基本類型和常用螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的基本類型和常用螺紋聯(lián)接件7.4螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松7.5螺栓聯(lián)接的設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接的設(shè)計(jì)7.6螺旋傳動螺旋傳動2 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接是機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的是機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的靜聯(lián)接靜聯(lián)接方方式之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、裝拆方便、式之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、裝拆方便、形式多樣、能滿足各種要求等優(yōu)點(diǎn)。同時，螺紋形式多樣、能滿足各種要求等優(yōu)點(diǎn)。同時，螺

2、紋和螺紋緊固件絕大多數(shù)已經(jīng)和螺紋緊固件絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化了了,這種聯(lián)接的這種聯(lián)接的設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)就是正確的設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)就是正確的選用選用。 螺旋傳動螺旋傳動是由螺桿、螺母和機(jī)架組成，可將是由螺桿、螺母和機(jī)架組成，可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動。螺紋聯(lián)接與螺旋傳動回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動。螺紋聯(lián)接與螺旋傳動都是利用螺紋零件工作的。都是利用螺紋零件工作的。3 如圖如圖 (a)所示，將直角所示，將直角三角形三角形ABC繞到直徑為繞到直徑為d的的圓柱上，并使其底邊圓柱上，并使其底邊AB與與圓柱底面的圓周線重合，圓柱底面的圓周線重合，則斜邊則斜邊AC在圓柱體表面就在圓柱體表面就形成了一條螺旋線。取

3、一形成了一條螺旋線。取一平面圖形平面圖形見圖見圖(b) ，使它沿，使它沿著著 螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時保螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時保持此圖形通過圓柱體的軸持此圖形通過圓柱體的軸線就得到螺紋線就得到螺紋見圖見圖(c) 。(a) (b)P6030ABC(c)4手掌判斷: 見圖見圖(b)手掌平手掌平放放,手心對著自己，四指指手心對著自己，四指指向與軸線相同，螺紋的旋向與軸線相同，螺紋的旋向與右手大拇指一致為右向與右手大拇指一致為右螺紋；螺紋的旋向與左手螺紋；螺紋的旋向與左手大拇指一致為左螺紋。大拇指一致為左螺紋。簡單判別:面對螺紋，并與面對螺紋，并與螺紋的軸線保持一致螺紋的軸線保持一致,螺旋螺旋線右邊高為右旋；螺

4、旋線線右邊高為右旋；螺旋線左邊高為左旋。左邊高為左旋。右旋螺紋:順時針旋入的為右螺紋，順時針旋入的為右螺紋，右旋螺紋:逆時針旋入的為左螺紋。逆時針旋入的為左螺紋。判斷方法:1.按螺旋線繞行方向，螺紋可分為右旋螺紋和左旋螺紋,如圖(a)所示。(a) (b)右旋螺紋 左旋螺紋52.按螺旋線的數(shù)目，螺紋可分為單線螺紋和多線螺紋。 單線螺紋一般用于聯(lián)接，多線螺紋多用于傳動。單線螺紋一般用于聯(lián)接，多線螺紋多用于傳動。螺紋螺紋的線數(shù)只能從端面觀察才能判定！的線數(shù)只能從端面觀察才能判定！ 單線螺紋 雙線螺紋67.1.2螺紋的分類螺紋的分類 3.按螺紋截面形狀，螺紋可分為三角形、梯形、鋸齒形、矩形以及其他特殊

5、形狀的螺紋。 4.按用途不同，一般可將螺紋分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋。77.1.3螺紋的參數(shù)螺紋的參數(shù) 普通螺紋主要參數(shù)有大徑、小徑、中徑、螺距、線數(shù)、導(dǎo)程、牙普通螺紋主要參數(shù)有大徑、小徑、中徑、螺距、線數(shù)、導(dǎo)程、牙型角和螺紋升角。對標(biāo)準(zhǔn)螺紋來說，只要知道大徑、線數(shù)、螺距和牙型角和螺紋升角。對標(biāo)準(zhǔn)螺紋來說，只要知道大徑、線數(shù)、螺距和牙型角就可以了，而其他參數(shù)，可通過計(jì)算或查表得出。型角就可以了，而其他參數(shù)，可通過計(jì)算或查表得出。 螺紋的主要幾何參數(shù)有：螺紋的主要幾何參數(shù)有：1. 大徑大徑d 與外螺紋牙頂與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺或內(nèi)螺紋牙底紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。相重合的假想圓柱體的直徑。2.

6、 小徑小徑d1 與外螺紋牙底與外螺紋牙底(或內(nèi)螺或內(nèi)螺紋牙頂紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。相重合的假想圓柱體的直徑。3. 中徑中徑d2 一個假想圓柱體的直一個假想圓柱體的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。寬度相等。4. 螺距螺距P 相鄰兩牙在中徑線上對相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。dP內(nèi)螺紋PPd2d1外螺紋85. 線數(shù)線數(shù)t 線數(shù)（俗稱頭數(shù)）是指一個螺紋零件的螺旋線數(shù)目。線數(shù)（俗稱頭數(shù)）是指一個螺紋零件的螺旋線數(shù)目。6. 導(dǎo)程導(dǎo)程S 同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中

7、徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 對于單線螺紋對于單線螺紋S=P；對于多線螺紋；對于多線螺紋S=tP。7. 牙型角牙型角軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。8.牙側(cè)角牙側(cè)角牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。9.螺紋升角螺紋升角 中徑中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。角。dP內(nèi)螺紋PPd2d1外螺紋9聯(lián)接用聯(lián)接用:三角螺紋三角螺紋(普通螺紋、管螺紋普通螺紋、管螺紋)傳動用傳動用:矩形螺紋矩形螺紋;梯形螺紋梯形螺紋;鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋注注:除管螺紋采用英制外，其

8、他均采用公制除管螺紋采用英制外，其他均采用公制10 螺紋緊固件的品種很多，常用螺紋聯(lián)接件見下表。螺紋緊固件的品種很多，常用螺紋聯(lián)接件見下表。 在選用標(biāo)準(zhǔn)件螺紋聯(lián)接件時，我們應(yīng)該視具體情況，對連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分在選用標(biāo)準(zhǔn)件螺紋聯(lián)接件時，我們應(yīng)該視具體情況，對連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較后合理選擇。另外，我們需要注意：螺紋緊固件一般分精制和粗制兩析比較后合理選擇。另外，我們需要注意：螺紋緊固件一般分精制和粗制兩種，在機(jī)械工業(yè)中主要選擇使用精制螺紋。種，在機(jī)械工業(yè)中主要選擇使用精制螺紋。11 螺紋聯(lián)接的基本類型有螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接四螺紋聯(lián)接的基本類型有螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接

9、和緊定螺釘聯(lián)接四種，它們的結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系、特點(diǎn)及應(yīng)用見下表。種，它們的結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系、特點(diǎn)及應(yīng)用見下表。12 預(yù)緊預(yù)緊: 在零件未受工作載荷前將螺母擰緊，使組成聯(lián)接的所有在零件未受工作載荷前將螺母擰緊，使組成聯(lián)接的所有零件都產(chǎn)生一定的彈性變形（螺栓伸長、被聯(lián)接件壓縮），從而可以零件都產(chǎn)生一定的彈性變形（螺栓伸長、被聯(lián)接件壓縮），從而可以有效地保證聯(lián)接的可靠。這樣，各零件在承受工作載荷前就受到了力有效地保證聯(lián)接的可靠。這樣，各零件在承受工作載荷前就受到了力的作用，這種方式就稱為預(yù)緊，這個預(yù)加的作用力就稱為的作用，這種方式就稱為預(yù)緊，這個預(yù)加的作用力就稱為預(yù)緊力預(yù)緊力。 顯然，顯然， 螺紋

10、聯(lián)接預(yù)緊的目的是增強(qiáng)聯(lián)接的剛性，提高緊密性和螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的是增強(qiáng)聯(lián)接的剛性，提高緊密性和防松能力，確保聯(lián)接安全工作。一般螺母的擰緊靠經(jīng)驗(yàn)控制。重要的防松能力，確保聯(lián)接安全工作。一般螺母的擰緊靠經(jīng)驗(yàn)控制。重要的緊螺紋聯(lián)接，在裝配時常用測力矩扳手（如下圖）和定力矩扳手控制緊螺紋聯(lián)接，在裝配時常用測力矩扳手（如下圖）和定力矩扳手控制預(yù)緊力的大小。預(yù)緊力的大小。 測力矩扳手測力矩扳手 13 機(jī)械中聯(lián)接的失效（松脫），輕者會造成工作不正常，重者要引起機(jī)械中聯(lián)接的失效（松脫），輕者會造成工作不正常，重者要引起嚴(yán)重事故。因此，螺紋聯(lián)接的防松是工程工作中必須考慮的問題之一。嚴(yán)重事故。因此，螺紋聯(lián)接的防松是

11、工程工作中必須考慮的問題之一。 防松的本質(zhì)：防松的本質(zhì)：就是防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動，也就是螺栓與螺母間的就是防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動，也就是螺栓與螺母間的相對轉(zhuǎn)動相對轉(zhuǎn)動(內(nèi)螺紋與外螺紋之間內(nèi)螺紋與外螺紋之間)。常用的防松方式見下表。常用的防松方式見下表。方方 式式圖圖 例例特特 點(diǎn)點(diǎn) 與與 應(yīng)應(yīng) 用用摩摩擦擦力力防防松松彈彈簧簧墊墊圈圈彈簧墊圈材料為彈簧鋼，裝配后墊圈被壓平，其反彈力使螺紋間保持壓緊力和彈簧墊圈材料為彈簧鋼，裝配后墊圈被壓平，其反彈力使螺紋間保持壓緊力和摩擦力。摩擦力。結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、應(yīng)用較廣泛。結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、應(yīng)用較廣泛。對對頂頂螺螺母母 利用主、副螺母的對頂作用使螺栓始

12、終受到附加的拉力和附加的摩擦力。利用主、副螺母的對頂作用使螺栓始終受到附加的拉力和附加的摩擦力。 結(jié)構(gòu)簡單，用于低速重載場合，外廓尺寸大，應(yīng)用不如彈簧墊圈普遍。結(jié)構(gòu)簡單，用于低速重載場合，外廓尺寸大，應(yīng)用不如彈簧墊圈普遍。利利用用機(jī)機(jī)械械方方法法防防松松槽槽形形螺螺母母和和開開口口銷銷在旋緊槽形螺母后，螺栓被鉆孔。銷釘在螺母槽內(nèi)插入孔中，使螺母和螺栓不在旋緊槽形螺母后，螺栓被鉆孔。銷釘在螺母槽內(nèi)插入孔中，使螺母和螺栓不能產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。能產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。安全可靠，應(yīng)用較廣。安全可靠，應(yīng)用較廣。主螺母副螺母14方方 式式圖圖 例例特特 點(diǎn)點(diǎn) 與與 應(yīng)應(yīng) 用用利利用用機(jī)機(jī)械械方方法法防防松松止止動動墊

13、墊片片 在旋緊螺母后，止動墊圈一側(cè)被折轉(zhuǎn)在旋緊螺母后，止動墊圈一側(cè)被折轉(zhuǎn), ,墊圈另一側(cè)折于固定處墊圈另一側(cè)折于固定處, ,可固定螺母可固定螺母與被聯(lián)接件的相對位置。與被聯(lián)接件的相對位置。 常用于要求有固定墊片的結(jié)構(gòu)。常用于要求有固定墊片的結(jié)構(gòu)。圓圓螺螺母母和和止止動動墊墊圈圈 將墊圈內(nèi)翅插入鍵槽內(nèi)，而外翅翻入圓螺母的溝槽中，使螺母和螺桿沒有將墊圈內(nèi)翅插入鍵槽內(nèi)，而外翅翻入圓螺母的溝槽中，使螺母和螺桿沒有相對運(yùn)動。相對運(yùn)動。 常用于滾動軸承的固定。常用于滾動軸承的固定。串串金金屬屬絲絲 螺釘緊固后，在螺釘頭部小孔中串入鐵絲，但應(yīng)注意串孔方向?yàn)樾o方向螺釘緊固后，在螺釘頭部小孔中串入鐵絲，但應(yīng)注

14、意串孔方向?yàn)樾o方向, ,簡單安全。簡單安全。 常用于無螺母的螺釘聯(lián)接。常用于無螺母的螺釘聯(lián)接。其其他他方方法法防防松松沖沖點(diǎn)點(diǎn)防防松松 用沖頭沖用沖頭沖2 23 3點(diǎn)。點(diǎn)。 常用于無需拆卸的聯(lián)接常用于無需拆卸的聯(lián)接, ,必要時可點(diǎn)焊。必要時可點(diǎn)焊。粘粘結(jié)結(jié)法法防防松松 用粘合劑涂于螺紋旋合表面用粘合劑涂于螺紋旋合表面, ,擰緊螺母后粘合劑能自行固化擰緊螺母后粘合劑能自行固化, ,防松效果良好。防松效果良好。 常用于無需拆卸的聯(lián)接常用于無需拆卸的聯(lián)接, ,又稱永久放松方式。又稱永久放松方式。正確錯誤P15 對于重要的螺栓連接應(yīng)該進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺栓與螺母的螺紋牙及其對于重要的螺栓連接應(yīng)該進(jìn)行強(qiáng)度

15、計(jì)算。螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的他各部尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的,采用標(biāo)準(zhǔn)件時，這些部采用標(biāo)準(zhǔn)件時，這些部分都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑分都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑(大徑大徑)d及螺距及螺距P等。等。 失效形式：失效形式：1）拉斷；）拉斷；2）剪斷；）剪斷；3）對于鉸制孔聯(lián)接出現(xiàn)孔或螺栓）對于鉸制孔聯(lián)接出現(xiàn)孔或螺栓擠壓變形。一般來說這三類失效形式是不會同時發(fā)生的。擠壓變形。一般來說這三類失效形式是不會同時發(fā)生的。 在軸向載荷的作用

16、下在軸向載荷的作用下,螺栓的失效形式為螺栓的失效形式為螺栓拉斷螺栓拉斷。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在靜載荷條件下在靜載荷條件下,除少數(shù)由于嚴(yán)重過載失效外，螺栓聯(lián)接很少發(fā)生破壞，除少數(shù)由于嚴(yán)重過載失效外，螺栓聯(lián)接很少發(fā)生破壞，但在變載荷條件下，螺栓則易發(fā)生疲勞斷裂。因此，螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算但在變載荷條件下，螺栓則易發(fā)生疲勞斷裂。因此，螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算的目的，主要是依據(jù)載荷的性質(zhì)、聯(lián)接的類型來確定螺栓所受的力，然的目的，主要是依據(jù)載荷的性質(zhì)、聯(lián)接的類型來確定螺栓所受的力，然后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺紋小徑或校核其強(qiáng)度。后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺紋小徑或校核其強(qiáng)度。161.松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓聯(lián)

17、接的強(qiáng)度計(jì)算 松螺栓聯(lián)接，螺母、螺栓和被聯(lián)接件不需要擰緊，在承受工松螺栓聯(lián)接，螺母、螺栓和被聯(lián)接件不需要擰緊，在承受工作載荷前，聯(lián)接螺栓是不受力的，典型的結(jié)構(gòu)如圖所示的起重機(jī)作載荷前，聯(lián)接螺栓是不受力的，典型的結(jié)構(gòu)如圖所示的起重機(jī)吊鉤。吊鉤。 該螺栓聯(lián)接在外載荷該螺栓聯(lián)接在外載荷F作用下其強(qiáng)度條件式為作用下其強(qiáng)度條件式為: 441121FddF或式中式中 d1螺紋的小徑螺紋的小徑,mm; 許用拉應(yīng)力許用拉應(yīng)力,MPa，并且，并且 = ; 材料的屈服極限；材料的屈服極限； S 安全系數(shù)安全系數(shù),安全系數(shù)需要根據(jù)具體情安全系數(shù)需要根據(jù)具體情 況，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。況，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)

18、范進(jìn)行。Ss172.緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 緊螺栓聯(lián)接時，螺栓將承受預(yù)緊力和工作載荷的雙重緊螺栓聯(lián)接時，螺栓將承受預(yù)緊力和工作載荷的雙重作用。而工作載荷的作用方式有：橫向載荷和軸向載荷兩作用。而工作載荷的作用方式有：橫向載荷和軸向載荷兩種。種。 承受橫向載荷作用時的強(qiáng)度計(jì)算承受橫向載荷作用時的強(qiáng)度計(jì)算 承受橫向載荷，螺栓聯(lián)接的方式又有兩類：普通螺栓承受橫向載荷，螺栓聯(lián)接的方式又有兩類：普通螺栓聯(lián)接和鉸制螺栓聯(lián)接。對于這兩類聯(lián)接方式，其對應(yīng)的失聯(lián)接和鉸制螺栓聯(lián)接。對于這兩類聯(lián)接方式，其對應(yīng)的失效方式是不同的。效方式是不同的。 普通螺栓聯(lián)接失效：普通螺栓聯(lián)接失效：兩聯(lián)接接合面間發(fā)

19、生相對滑移；兩聯(lián)接接合面間發(fā)生相對滑移； 鉸制孔聯(lián)接失效：鉸制孔聯(lián)接失效：螺栓受擠壓的強(qiáng)度不夠。螺栓受擠壓的強(qiáng)度不夠。 18 預(yù)緊力在接合面所產(chǎn)生的摩擦力必須足以阻止被聯(lián)接件間的相對滑移。如預(yù)緊力在接合面所產(chǎn)生的摩擦力必須足以阻止被聯(lián)接件間的相對滑移。如圖所示圖所示 。 設(shè)螺栓組中各螺栓所承擔(dān)的載荷是均等的，則強(qiáng)度關(guān)系式可以表示為：設(shè)螺栓組中各螺栓所承擔(dān)的載荷是均等的，則強(qiáng)度關(guān)系式可以表示為：fZiFKQFKiZQfspsp或 FF 螺栓桿的計(jì)算應(yīng)力為螺栓桿的計(jì)算應(yīng)力為: 43 . 121dQpca式中式中 Qp 每個螺栓所受的預(yù)緊力；每個螺栓所受的預(yù)緊力； Z，i 螺栓組中的螺栓數(shù)目及接合面

20、數(shù)；螺栓組中的螺栓數(shù)目及接合面數(shù)； f 接合面間的摩擦系數(shù)（根據(jù)材質(zhì)的不同而變化）；接合面間的摩擦系數(shù)（根據(jù)材質(zhì)的不同而變化）； Ks 可靠性系數(shù)，一般可取可靠性系數(shù)，一般可取Ks =1.11.3; F 外載總和。外載總和。普通螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則為：普通螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則為：19 如圖所示。因?yàn)槁菟U與孔壁之間沒有間隙，當(dāng)承受橫向載荷時，接觸表如圖所示。因?yàn)槁菟U與孔壁之間沒有間隙，當(dāng)承受橫向載荷時，接觸表面受擠壓，在聯(lián)接接合面處，螺栓桿則承受剪切。因此應(yīng)該對螺栓桿與孔壁配面受擠壓，在聯(lián)接接合面處，螺栓桿則承受剪切。因此應(yīng)該對螺栓桿與孔壁配合面的擠壓強(qiáng)度和螺桿橫剖面的抗剪切強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算

21、。強(qiáng)度驗(yàn)算式為：合面的擠壓強(qiáng)度和螺桿橫剖面的抗剪切強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算式為：鉸制孔用螺栓聯(lián)接的計(jì)算：鉸制孔用螺栓聯(lián)接的計(jì)算：FFLminddppLdFmin0420dF式中式中 d0 螺桿與孔壁配合部分的直徑；螺桿與孔壁配合部分的直徑； Lmin螺桿與被聯(lián)接件孔壁受擠壓面的最小高度，按具體要求選取，一螺桿與被聯(lián)接件孔壁受擠壓面的最小高度，按具體要求選取，一 般般Lmin 1.25d0 。202)承受軸向載荷時的強(qiáng)度計(jì)算承受軸向載荷時的強(qiáng)度計(jì)算 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接是工程上使用最多的一種聯(lián)接方式。這時，必須受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接是工程上使用最多的一種聯(lián)接方式。這時，必須同時考慮預(yù)緊力和外載力

22、對聯(lián)接的綜合影響。同時考慮預(yù)緊力和外載力對聯(lián)接的綜合影響。 如圖所示為螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和工作的全過程中螺栓與被聯(lián)接件受力變形過如圖所示為螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和工作的全過程中螺栓與被聯(lián)接件受力變形過程的結(jié)構(gòu)示意圖。程的結(jié)構(gòu)示意圖。 當(dāng)螺栓未擰緊時，螺栓和被聯(lián)接件都處于自然狀態(tài)。當(dāng)施加預(yù)緊力當(dāng)螺栓未擰緊時，螺栓和被聯(lián)接件都處于自然狀態(tài)。當(dāng)施加預(yù)緊力Qp后，后，螺母擰緊，螺栓桿對應(yīng)于螺母擰緊，螺栓桿對應(yīng)于Qp伸長伸長b，被聯(lián)接件在，被聯(lián)接件在Qp的作用下產(chǎn)生壓縮變形量為的作用下產(chǎn)生壓縮變形量為m 。當(dāng)聯(lián)接上作用有外載。當(dāng)聯(lián)接上作用有外載 F時，螺栓桿將繼續(xù)伸長，其增量為時，螺栓桿將繼續(xù)伸長，其增量為 ，被聯(lián)

23、接件，被聯(lián)接件因壓力減小而產(chǎn)生部分彈性恢復(fù)，其壓縮變形的恢復(fù)量也應(yīng)該等于因壓力減小而產(chǎn)生部分彈性恢復(fù)，其壓縮變形的恢復(fù)量也應(yīng)該等于 ，此時被，此時被聯(lián)接件上的殘余壓力稱為殘余預(yù)緊力，用表示聯(lián)接件上的殘余壓力稱為殘余預(yù)緊力，用表示 。mQPbQPFpQ （a)螺母未擰緊 (b)螺母擰緊后 (c)外載荷作用后21將上面所述的過程用受力與變形關(guān)系線圖表示出來如圖所示。將上面所述的過程用受力與變形關(guān)系線圖表示出來如圖所示。 QQPQPQPQFbbmmbbmmFmQPbQbQmQm由圖可以看出，螺栓桿上所受的總拉力可用下面的關(guān)系式表示：由圖可以看出，螺栓桿上所受的總拉力可用下面的關(guān)系式表示： Q= =Q

24、p + +F或或 Q= =Qp + +F 螺栓桿和被聯(lián)接件的變形是彼此相關(guān)的，作用在螺栓上的總拉力螺栓桿和被聯(lián)接件的變形是彼此相關(guān)的，作用在螺栓上的總拉力Q并不等并不等于預(yù)緊力和外載力之和，這一點(diǎn)計(jì)算中要特別注意。于預(yù)緊力和外載力之和，這一點(diǎn)計(jì)算中要特別注意。22將上面所述的過程用受力與變形關(guān)系線圖表示出來如圖所示。將上面所述的過程用受力與變形關(guān)系線圖表示出來如圖所示。 QQPQPQPQFbbmmbbmmFmQPbQbQmQm 外載荷我們可以通過對螺栓組的受力分析求得。對于殘余預(yù)緊力外載荷我們可以通過對螺栓組的受力分析求得。對于殘余預(yù)緊力Qp ，一，一般按螺栓聯(lián)接要求或重要程度由經(jīng)驗(yàn)選取，都必

25、須使般按螺栓聯(lián)接要求或重要程度由經(jīng)驗(yàn)選取，都必須使Qp 0。在沒有資料時，可。在沒有資料時，可按下面推薦值選用：按下面推薦值選用： Qp =（0.20.6）F 一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定；一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定； Qp =（0.61.0）F 一般載荷，工作載荷不穩(wěn)定；一般載荷，工作載荷不穩(wěn)定； Qp =（1.51.8）F 要求有密封性的聯(lián)接；要求有密封性的聯(lián)接； Qp F 地腳螺栓聯(lián)接。地腳螺栓聯(lián)接。23 將上面所述的過程用受力與變形關(guān)系線圖表示出來如圖所示。將上面所述的過程用受力與變形關(guān)系線圖表示出來如圖所示。 QQPQPQPQFbbmmbbmmFmQPbQbQmQm由圖可得到關(guān)系式：由圖可得到

26、關(guān)系式：mmmpbbbpCQCQtantan ； 我們把分別稱我們把分別稱Cb、Cm為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，即產(chǎn)生單位變形所需力為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料和結(jié)構(gòu)確定后，的大小。一旦材料和結(jié)構(gòu)確定后， Cb、Cm 可視為常數(shù)?？梢暈槌?shù)。241.螺栓（釘）孔的布置螺栓（釘）孔的布置 聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對稱的簡單幾何形狀，同一螺栓聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對稱的簡單幾何形狀，同一螺栓組的螺栓布置應(yīng)力求對稱、分布均勻，從設(shè)計(jì)上首先保證被聯(lián)接件接合面上組的螺栓布置應(yīng)力求對稱、分布均勻，從設(shè)計(jì)上首先保證被聯(lián)接件接合面上受力均勻。如下圖所示。在布置

27、螺栓時，應(yīng)該注意：不要在平行于外力的方受力均勻。如下圖所示。在布置螺栓時，應(yīng)該注意：不要在平行于外力的方向成排地布置向成排地布置8個以上的螺栓，以免載荷分布過度不均個以上的螺栓，以免載荷分布過度不均(當(dāng)然也不是絕對的當(dāng)然也不是絕對的)。Ablld60B25 2.螺栓排列應(yīng)有合理的釘距、邊距螺栓排列應(yīng)有合理的釘距、邊距 在布置螺栓時，螺栓中心線與機(jī)體壁、螺栓之間的距離在布置螺栓時，螺栓中心線與機(jī)體壁、螺栓之間的距離,要依據(jù)扳手所需的活要依據(jù)扳手所需的活動空間大小和聯(lián)接的密封性要求來決定。最小扳手空間尺寸可查閱有關(guān)手冊，也動空間大小和聯(lián)接的密封性要求來決定。最小扳手空間尺寸可查閱有關(guān)手冊，也可以根

28、據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。 3.螺栓直徑的選擇螺栓直徑的選擇 一般是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、或類比的方法、或依據(jù)相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行選取，然后再進(jìn)一般是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、或類比的方法、或依據(jù)相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行選取，然后再進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算。行強(qiáng)度的計(jì)算。 對于一般聯(lián)接，初選螺栓直徑對于一般聯(lián)接，初選螺栓直徑d時，約可取為被聯(lián)接件的厚度。時，約可取為被聯(lián)接件的厚度。4.螺栓數(shù)量的選擇螺栓數(shù)量的選擇 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)應(yīng)取為分布在同一圓周上的螺栓數(shù)應(yīng)取為3、4、6、8、12等易于分度的數(shù)目，以利等易于分度的數(shù)目，以利于劃線鉆孔和加工。當(dāng)然，如果自動化程度較高，也可以采用其它的分度方法。于劃線鉆孔和加工。當(dāng)然，如果自動化

29、程度較高，也可以采用其它的分度方法。5.螺栓規(guī)格的選擇螺栓規(guī)格的選擇 在通用機(jī)械中，為簡化設(shè)計(jì)、制造，對同一螺栓組內(nèi)的螺栓及配套件而言，在通用機(jī)械中，為簡化設(shè)計(jì)、制造，對同一螺栓組內(nèi)的螺栓及配套件而言，不管受力的大小差異，應(yīng)該選擇同樣材料、規(guī)格的同一標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，便于采購、不管受力的大小差異，應(yīng)該選擇同樣材料、規(guī)格的同一標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，便于采購、管理和裝配。管理和裝配。266.對聯(lián)接支承面的要求對聯(lián)接支承面的要求 被聯(lián)接件上與螺母或螺栓頭接觸的支承面應(yīng)該平整，并且要求與螺栓軸被聯(lián)接件上與螺母或螺栓頭接觸的支承面應(yīng)該平整，并且要求與螺栓軸線垂直，以免引起偏心載荷而削弱螺栓強(qiáng)度。為便于加工，經(jīng)常將支承面

30、作線垂直，以免引起偏心載荷而削弱螺栓強(qiáng)度。為便于加工，經(jīng)常將支承面作成凸臺或沉頭（魚眼坑）。成凸臺或沉頭（魚眼坑）。7.其他應(yīng)注意的問題其他應(yīng)注意的問題 1)一般情況下，螺栓與釘孔之間應(yīng)留有間隙，由于螺栓是標(biāo)準(zhǔn)件，在螺一般情況下，螺栓與釘孔之間應(yīng)留有間隙，由于螺栓是標(biāo)準(zhǔn)件，在螺栓選定之后螺栓的直徑就已經(jīng)確定。所以，必須依照螺栓直徑選擇其釘孔直栓選定之后螺栓的直徑就已經(jīng)確定。所以，必須依照螺栓直徑選擇其釘孔直徑（可以查閱國家標(biāo)準(zhǔn)徑（可以查閱國家標(biāo)準(zhǔn)GB5277-85）。）。 2)擰入螺紋深度、螺紋伸出長度、螺孔加工深度、光孔深度等尺寸同樣擰入螺紋深度、螺紋伸出長度、螺孔加工深度、光孔深度等尺寸同

31、樣也可以查閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或手冊，不能憑空想象。也可以查閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或手冊，不能憑空想象。 3)螺栓聯(lián)接的預(yù)緊及防松問題的考慮（前面已有詳細(xì)的講述）。螺栓聯(lián)接的預(yù)緊及防松問題的考慮（前面已有詳細(xì)的講述）。271.降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅 1）改變螺栓的長度或形狀，如圖）改變螺栓的長度或形狀，如圖(a)所示，以降低螺栓的剛度；所示，以降低螺栓的剛度； 2）利用一定的方法提高）利用一定的方法提高Cm ，例如圖，例如圖(b)所示，采用剛度較大的金屬墊片所示，采用剛度較大的金屬墊片或采用密封圈進(jìn)行密封?；虿捎妹芊馊M(jìn)行密封。dd0ddd(a) 腰狀桿螺栓和空心螺栓腰狀桿螺栓

32、和空心螺栓 (b) 汽缸密封元件汽缸密封元件282.改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象 在聯(lián)接承受軸向載荷作用時，在整個螺紋長度上，其承受的載荷是不同的在聯(lián)接承受軸向載荷作用時，在整個螺紋長度上，其承受的載荷是不同的，而是逐圈遞減的。試驗(yàn)證明：約有三分之一的載荷集中在第一圈螺紋上，以，而是逐圈遞減的。試驗(yàn)證明：約有三分之一的載荷集中在第一圈螺紋上，以后各圈遞減，在第八圈以后螺紋幾乎不承受載荷，如圖后各圈遞減，在第八圈以后螺紋幾乎不承受載荷，如圖(a)和圖和圖(b)所示。所以希所示。所以希望利用增加螺母厚度來提高聯(lián)接強(qiáng)度，其效果不大。望利用增加螺母厚度來提高聯(lián)接強(qiáng)度，其

33、效果不大。 改善載荷不均勻的措施，原則上是減小螺栓與螺母二者承受載荷時螺距的改善載荷不均勻的措施，原則上是減小螺栓與螺母二者承受載荷時螺距的變化差，盡可能使螺紋各圈承受載荷接近均等。常用的方法有：變化差，盡可能使螺紋各圈承受載荷接近均等。常用的方法有： 1）將螺母設(shè)計(jì)成受拉伸的；）將螺母設(shè)計(jì)成受拉伸的； 2）在螺母的旋入端最初螺紋上制出倒角，如圖）在螺母的旋入端最初螺紋上制出倒角，如圖(c)； 3）采用均載鋼絲套，利用鋼絲螺套的膨脹作用起到均載的作用。）采用均載鋼絲套，利用鋼絲螺套的膨脹作用起到均載的作用。HH15201015 (a) 螺紋的變形 (b)螺紋上的載荷分布 (c) 均載螺母 29

34、3.避免或減小附加應(yīng)力避免或減小附加應(yīng)力 附加應(yīng)力是指由于制造、裝配或不正確設(shè)計(jì)而在螺栓中產(chǎn)生的附加彎曲附加應(yīng)力是指由于制造、裝配或不正確設(shè)計(jì)而在螺栓中產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力。因此，設(shè)計(jì)時常將支承面設(shè)計(jì)成單個凸臺锪平或采用沉頭座應(yīng)力。因此，設(shè)計(jì)時常將支承面設(shè)計(jì)成單個凸臺锪平或采用沉頭座(又稱魚眼又稱魚眼坑坑)，保證設(shè)計(jì)、制造、安裝時螺栓軸線與被聯(lián)接件的接合面垂直，如圖，保證設(shè)計(jì)、制造、安裝時螺栓軸線與被聯(lián)接件的接合面垂直，如圖(a)。4.減小應(yīng)力集中的影響減小應(yīng)力集中的影響 我們已經(jīng)知道應(yīng)力集中是十分有害的。螺栓的斷裂也最容易在應(yīng)力集中我們已經(jīng)知道應(yīng)力集中是十分有害的。螺栓的斷裂也最容易在應(yīng)力集中

35、處產(chǎn)生。為了減少應(yīng)力集中，可以采用如圖處產(chǎn)生。為了減少應(yīng)力集中，可以采用如圖(b)所示的卸載結(jié)構(gòu)。所示的卸載結(jié)構(gòu)。5.采用合理的制造工藝采用合理的制造工藝 采用冷墩、滾壓或利用氮化和氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓采用冷墩、滾壓或利用氮化和氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓的疲勞強(qiáng)度（滾壓大約可以提高的疲勞強(qiáng)度（滾壓大約可以提高30%40%，如果經(jīng)過熱處理再滾壓甚至可，如果經(jīng)過熱處理再滾壓甚至可以提高大約以提高大約70%100%）。）。(a) 螺母支撐面 rd0.51rddhrr(b) 大圓角和卸載結(jié)構(gòu) 30 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)

36、現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，同時傳遞動力。如圖所示機(jī)床刀架進(jìn)直線運(yùn)動，同時傳遞動力。如圖所示機(jī)床刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)，借助開合螺母與長螺桿嚙合實(shí)現(xiàn)車床縱給機(jī)構(gòu)，借助開合螺母與長螺桿嚙合實(shí)現(xiàn)車床縱向進(jìn)給運(yùn)動。向進(jìn)給運(yùn)動。OnM31 螺旋傳動的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單螺旋傳動的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,承載能力大，傳承載能力大，傳動平穩(wěn)無噪聲，能實(shí)現(xiàn)自鎖要求動平穩(wěn)無噪聲，能實(shí)現(xiàn)自鎖要求,傳動精度高傳動精度高,被廣被廣泛應(yīng)用于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、螺旋起重機(jī)和螺旋壓力泛應(yīng)用于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、螺旋起重機(jī)和螺旋壓力機(jī)中，缺點(diǎn)是螺紋之間產(chǎn)生較大的相對滑動，摩機(jī)中，缺點(diǎn)是螺紋之間產(chǎn)

37、生較大的相對滑動，摩擦磨損嚴(yán)重，傳動效率低。但由于滾動螺旋和靜擦磨損嚴(yán)重，傳動效率低。但由于滾動螺旋和靜壓螺旋的應(yīng)用壓螺旋的應(yīng)用,使磨損和效率問題得到了很大的改使磨損和效率問題得到了很大的改善。螺旋傳動在機(jī)床、起重機(jī)械、鍛壓設(shè)備等場善。螺旋傳動在機(jī)床、起重機(jī)械、鍛壓設(shè)備等場合應(yīng)用廣泛。合應(yīng)用廣泛。 常用螺旋傳動有：普通螺旋傳動、相對位移常用螺旋傳動有：普通螺旋傳動、相對位移螺旋傳動、差動位移螺旋傳動和滾珠螺旋傳動，螺旋傳動、差動位移螺旋傳動和滾珠螺旋傳動，螺旋傳動的類型和應(yīng)用見下頁表螺旋傳動的類型和應(yīng)用見下頁表 。32螺旋螺旋傳動傳動 圖圖 例例應(yīng)應(yīng) 用用普普通通螺螺旋旋傳傳動動 螺母不動，螺

38、桿回螺母不動，螺桿回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動, ,例如例如臺式虎鉗。臺式虎鉗。 普通螺旋傳動是由螺桿和螺普通螺旋傳動是由螺桿和螺母組成的簡單螺旋副。其螺桿（母組成的簡單螺旋副。其螺桿（或螺母）的移動方向不僅與螺桿或螺母）的移動方向不僅與螺桿( (或螺母或螺母) )的回轉(zhuǎn)方向有關(guān)，還和的回轉(zhuǎn)方向有關(guān)，還和螺旋方向有關(guān)。螺桿或螺母的移螺旋方向有關(guān)。螺桿或螺母的移動方向可用左、右手螺旋法則來動方向可用左、右手螺旋法則來判定（圖判定（圖7-207-20）：）： 左旋螺桿左旋螺桿( (或或螺母螺母) )伸左手，右旋螺桿（或螺伸左手，右旋螺桿（或螺母）伸右手，并半握拳，四指順母）伸右手，并半握拳，四指

39、順著螺桿（或螺母）的旋轉(zhuǎn)方向，著螺桿（或螺母）的旋轉(zhuǎn)方向，大拇指的指向即為螺桿（或螺母大拇指的指向即為螺桿（或螺母）的移動方向。）的移動方向。 若螺桿原地轉(zhuǎn)若螺桿原地轉(zhuǎn)動，螺母移動時，動，螺母移動時， 與大拇指指與大拇指指向相反方向，即為螺母移動方向向相反方向，即為螺母移動方向。 在普通螺旋傳動中，螺桿在普通螺旋傳動中，螺桿( (或螺或螺母母) )的移動距離，由導(dǎo)程決定。的移動距離，由導(dǎo)程決定。即：即：式中式中 L移動距離移動距離,mm； n回轉(zhuǎn)圈數(shù)回轉(zhuǎn)圈數(shù), ,r； S導(dǎo)程導(dǎo)程, ,mm。 螺桿不動，螺母回螺桿不動，螺母回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動, ,例如例如螺旋千斤頂。螺旋千斤頂。 螺

40、桿原地回轉(zhuǎn)，螺螺桿原地回轉(zhuǎn)，螺母作直線運(yùn)動：多用于母作直線運(yùn)動：多用于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)例如車床機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)例如車床大溜板的縱向進(jìn)給和中大溜板的縱向進(jìn)給和中溜板的橫向進(jìn)給裝置。溜板的橫向進(jìn)給裝置。 螺母原位回轉(zhuǎn)，螺螺母原位回轉(zhuǎn)，螺桿往復(fù)運(yùn)動桿往復(fù)運(yùn)動, ,例如應(yīng)力例如應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)上的觀察鏡螺旋試驗(yàn)機(jī)上的觀察鏡螺旋調(diào)整裝置。調(diào)整裝置。螺旋傳動的類型和應(yīng)用SnL33螺旋螺旋傳動傳動 圖圖 例例應(yīng)應(yīng) 用用相相對對位位移移螺螺旋旋傳傳 動動 相對位移螺旋傳動，常用于機(jī)械加工的自動定心裝置相對位移螺旋傳動，常用于機(jī)械加工的自動定心裝置和常用兩腳劃規(guī)中。和常用兩腳劃規(guī)中。 例如自動定心夾具上的應(yīng)用實(shí)例例如自動定心夾具上的應(yīng)用實(shí)例: 在螺桿在螺桿1上，上，A段為左段為左旋螺紋，旋螺紋，B段為右旋螺紋，這兩段螺紋的導(dǎo)程相等。當(dāng)螺桿段為右旋螺紋，這兩段螺紋的導(dǎo)程相等。當(dāng)螺桿1在支架在支架3的支承內(nèi)轉(zhuǎn)動時，兩個滑動螺母的支承內(nèi)轉(zhuǎn)動時，兩個滑動螺母2和和4將產(chǎn)生較快將產(chǎn)生較快的相對運(yùn)動，的相對運(yùn)動， 以等速趨近或遠(yuǎn)離，以等速趨近或遠(yuǎn)離， 達(dá)到使夾具自動定心的達(dá)到使夾具自動定心的要求。要求。 差差動動螺螺旋旋傳傳動動 在有些微調(diào)裝置如測微器、分度機(jī)構(gòu)